СТРУКТУРНЫЕ КОМПОНЕНТЫ КЛЕТКИ: Лизосомы

Лизосомы (lysosomae) - это разнообразный класс вакуолей размером 0,2-0,4 мкм, ограниченных одиночной мембраной. Характерным признаком лизосом является наличие в них гидролитических ферментов – гидролаз (протеиназы, нуклеазы, глкжозидазы, фосфатазы, липазы), расщепляющих различные биополимеры при кислом рН. Лизосомы были открыты в 1949 г. де Дювом.

Рис. 16.   Строение лизосом.

А - схема участия структур клетки в образовании лизосом и во внутриклеточном пищеваре­нии: ! - образование из гранулярной эндоплазматической сети мелких пузырьков, содержа­щих гидролитические ферменты; 2 - перенос ферментов в аппарат Гольджи; 3 - образова­ние первичных лизосом; 4 - выделение и использование (5) гидролаз при внеклеточном расщеплении; 6 - эндоцитозные пузырьки; 7 - слияние первичных лизосом и эндоцитоз-ных пузырьков; 8 - образование вторичных лизосом (фаголизосом); 9 - телолизосомы; 10 - экскреция остаточных телец; 11 - слияние первичных лизосом с разрушающимися структу­рами клетки; 12 - аутофагосома; Б - электронная микрофотография среза вторичных лизо­сом (обозначены стрелками).

Среди лизосом можно выделить по крайней мере 3 типа: первичные лизосомы, вторичные лизосомы (фаголизосомы и аутофагосомы) и оста­точные тельца (рис. 16). Разнообразие морфологии лизосом объясняется тем, что эти частицы участвуют в процессах внутриклеточного переваривания, образуя сложные пищеварительные вакуоли как экзогенного (внеклеточно­го), так и эндогенного (внутриклеточного) происхождения.

Первичные лизосомы представляют собой мелкие мембранные пузырьки размером около 0,2-0,5 мкм, заполненные бесструктурным веществом, содержащим гидролазы, в том числе активную кислую фосфатазу, которая является маркерным для лизосом ферментом. Эти мелкие пузырьки практически очень трудно отличить от мелких везикул на периферии зоны аппа­рата Гольджи, которые также содержат кислую фосфатазу. Местом ее син­теза является гранулярная эндоплазматическая сеть, затем этот фермент появляется в проксимальных участках диктиосом, а затем в мелких везику­лах по периферии диктиосом и, наконец, в первичных лизосомах. Таким образом, весь путь образования первичных лизосом очень сходен с образо­ванием секреторных (зимогенных) гранул в клетках поджелудочной желе­зы, за исключением последнего этапа.

Вторичные лизосомы, или внутриклеточные пищеварительные вакуоли, формируются при слиянии первичных лизосом с фагоцитарными или пи-ноцитозными вакуолями, образуя фаголизосомы, или гетерофагосомы, а также с измененными органеллами самой клетки, подвергающимися пере­вариванию (аутофагосомы). При этом ферменты первичной лизосомы полу­чают доступ к субстратам, которые они и начинают расщеплять. Вещества, попавшие в состав вторичной лизосомы, расщепляются гидролазами до мономеров, которые транспортируются через мембрану лизосомы в гиало-плазму, где они реутилизируются, т.е. включаются в различные обменные процессы.

Однако расщепление, переваривание биогенных макромолекул внутри лизосом может идти в ряде клеток не до конца. В этом случае в полостях лизосом накапливаются непереваренные продукты. Такая лизосома носит название «телолизосома», или остаточное тельце (corpusculum residuale). Остаточные тельца содержат меньше гидролитических ферментов, в них происходит уплотнение содержимого, его перестройка. Часто в остаточных тельцах наблюдается вторичная структуризация неперевариваемых липидов, которые образуют слоистые структуры. Там же откладываются пигментные вещества. Например, у человека при старении организма в клетках мозга, печени и в мышечных волокнах в телолизосомах происходит отложение «пигмента старения» - липофусцина.

При участии лизосом в переваривании внутриклеточных элементов (аутолизосомы) они могут обеспечивать модификацию продуктов, приго­тавливаемых самой клеткой. Так, с помощью гидролаз лизосом в клет­ках щитовидной железы гидролизуется тироглобулин, что приводит к об­разованию гормона тироксина, который затем выводится в кровеносное русло.

В аутофагосомах обнаруживаются фрагменты или даже целые цитоплаз-матические структуры, например митохондрии, элементы цитоплазматичес-кой сети, рибосомы, гранулы гликогена и др., что является доказательством их определяющей роли в процессах деградации.

Функциональное значение аутофагоцитоза еще неясно. Есть предполо­жение, что этот процесс связан с отбором и уничтожением измененных, поврежденных клеточных компонентов. В этом случае лизосомы выполняют роль внутриклеточных «чистильщиков», убирающих дефектные структуры. Интересно, что в нормальных условиях число аутофагосом увеличивается при метаболических стрессах, например при гормональной индукции ак­тивности клеток печени. Значительно возрастает число аутофагосом при различных повреждениях клеток; в этом случае аутофагоцитозу могут под­вергаться целые зоны внутри клеток.

Увеличение числа аутолизосом в клетках при патологических процес­сах - обычное явление.

Разновидностью патологического процесса, связанного с активностью лизосом, являются так называемые болезни накопления. При этом во многих клетках происходят необычные отложения различных веществ, например гликогена, муцинов и др. Такие формы клеточной патологии связаны с дефектностью активности лизосомных ферментов или с на­рушениями сортировки белков в цистернах аппарата Гольджи. Эти на­рушения являются результатом генных мутаций, а заболевания часто носят наследственный характер.